董建軍 覃振 王浕濤 蔣文玉

第一作者簡介：董建軍（1981-），男，高級工程師。研究方向為自動控制和IT相結(jié)合的應(yīng)用。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.008

摘? 要：當前整車市場競爭的加劇，對主機廠的市場響應(yīng)速度、降低單車制造成本提出更高的要求，該文提出將整個工廠變?yōu)橐粋€整體、整合多個系統(tǒng)的平臺，通過解決信息孤島，充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)整合生產(chǎn)、物流、能源和質(zhì)量數(shù)據(jù)及應(yīng)用，實現(xiàn)汽車制造業(yè)的智能控制管理、訂單快速響應(yīng)和降低成本的目標。

關(guān)鍵詞：智能化；生產(chǎn)管理；數(shù)據(jù)分析；柔性化生產(chǎn)；智能制造

中圖分類號：TP39? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0032-05

Abstract： At present， the intensification of competition in the whole vehicle market puts forward higher requirements for the market response speed of the main engine factory and the reduction of bicycle manufacturing cost. This paper proposes to turn the whole factory into a whole， integrate multiple systems by solving the information isolated island， and make full use of big data technology to integrate production， logistics， energy and quality data and application， so as to achieve the goal of intelligent control and management， rapid order response and cost reduction in the automobile manufacturing industry.

Keywords： intelligence; production management; data analysis; flexible production; intelligent manufacturing

以往生產(chǎn)模式能夠大批量生產(chǎn)單一品種，但隨著消費模式的變化和提升，消費者對個性化和定制化的需求不斷增長，因此滿足“多變性、小規(guī)模、可控周期”的柔性生產(chǎn)需求的緊迫性也在不斷增強。通過柔性化的智能制造，能夠提供多種車型的生產(chǎn)排列和混合生產(chǎn)，從而最大限度地提升工廠的制造能力。

柔性化制造對生產(chǎn)的快速響應(yīng)提出了更高的要求，將智能化、信息化技術(shù)需要的接口、相關(guān)要求與硬件設(shè)計相結(jié)合，利用私有云構(gòu)建數(shù)據(jù)湖打通各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有效解決信息孤島的問題，控制工廠生產(chǎn)，能夠在條件改變時做出快速回應(yīng)，帶來了汽車制造業(yè)在節(jié)能、環(huán)保、生產(chǎn)效率和質(zhì)量上的提升。

1? 數(shù)據(jù)處理模型

采集從接受訂單到整車裝配完成全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，通過訂單排序、物流實時調(diào)動、實時采集監(jiān)控等先進技術(shù)，精簡不必要的組織活動，達到生產(chǎn)效率最大化。

對工廠的產(chǎn)品、物流以及人員進行全面的管理，利用預(yù)防性質(zhì)量控制計劃、實時質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與分析、數(shù)據(jù)分析和正反向質(zhì)量追溯，實現(xiàn)全流程質(zhì)量管理的提升。

采集生產(chǎn)過程中的各類海量數(shù)據(jù)，采用先進的分析理念，為管理人員提供全面客觀的評價，為生產(chǎn)性能提升提供科學的指導，提升企業(yè)核心競爭力。

如圖1所示，系統(tǒng)架構(gòu)采用負載均衡、多機冗余管理、斷點續(xù)傳、模塊化編程和BS架構(gòu)等多項技術(shù)，有效保證系統(tǒng)的可靠性、擴展性。

數(shù)據(jù)存儲采用實時庫和歷史庫的閑時同步機制、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和文本型數(shù)據(jù)庫的同步機制創(chuàng)新，結(jié)合邊緣采集技術(shù)，提高可靠性的同時，提升了服務(wù)器的綜合效率，實現(xiàn)了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和文本型數(shù)據(jù)庫的有效結(jié)合，數(shù)據(jù)存儲和查詢實現(xiàn)了快速、高效。同時系統(tǒng)整合了生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、工藝與能源數(shù)據(jù)在一個數(shù)據(jù)存儲層內(nèi)，數(shù)據(jù)實現(xiàn)了閉環(huán)，更有利于挖掘這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

架構(gòu)具有以下創(chuàng)新性特點：

特有的數(shù)據(jù)存儲和壓縮技術(shù)；

高效的數(shù)據(jù)壓縮；

健壯的高可用性冗余解決方案；

增強的數(shù)據(jù)安全性；

易于配置和管理。

2? 智能生產(chǎn)計劃排程

2.1? 計劃排程

通過應(yīng)用接口從ERP系統(tǒng)接收生產(chǎn)計劃，并進行完整性檢查，對錯誤信息進行報警；針對特殊需求，通過系統(tǒng)實現(xiàn)手動創(chuàng)建；無法自動接收時，進行手工創(chuàng)建和導入。

根據(jù)預(yù)設(shè)配置信息和約束條件（如車架結(jié)構(gòu)型號、駕駛室結(jié)構(gòu)型號、顏色、底盤配置、發(fā)動機、電池和內(nèi)飾高低配等零部件種類的優(yōu)先次序）結(jié)合智能算法，將ERP批量計劃分解為一車一單的工單，生成生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)，生產(chǎn)計劃流程如圖2所示。

2.2? 計劃鎖定

生產(chǎn)計劃排序完成后，用戶可以對已經(jīng)完成排序的生產(chǎn)計劃進行鎖定，鎖定后生產(chǎn)計劃的狀態(tài)為“已鎖定”。已鎖定的生產(chǎn)流程無法改動，使用者只能對已經(jīng)固定的任務(wù)單進行解除鎖定的動作，才可以重新編排。

2.3? 計劃下發(fā)

對于在系統(tǒng)中已鎖定的生產(chǎn)計劃，管理員可單臺或批量執(zhí)行下發(fā)操作。下發(fā)操作執(zhí)行后生產(chǎn)計劃的狀態(tài)被置為“已下發(fā)”，并顯示在各生產(chǎn)線的客戶端，指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

2.4? 計劃變更

對于處于“已下發(fā)”狀態(tài)的生產(chǎn)計劃，管理員在有需要的時候?qū)⑸a(chǎn)狀態(tài)重新置回“已鎖定”，然后通過解鎖對生產(chǎn)計劃序列進行重新調(diào)整，最后重新下發(fā)，也可以對生產(chǎn)計劃進行刪除、緊急插單、報廢等。

緊急訂單接入：ERP系統(tǒng)發(fā)送的緊急訂單需要被加入到生產(chǎn)隊列中，同時這個訂單的接入必須符合物流的響應(yīng)時間。

訂單報廢：訂單報廢，在平臺中輸入報廢原因，并將此信息反傳ERP。

2.5? 計劃凍結(jié)

由于特殊原因（設(shè)備故障、物料供給等），會影響到一部分生產(chǎn)計劃的投產(chǎn)，所以系統(tǒng)可以對處于“已生成”“已排序”“已鎖定”狀態(tài)的生產(chǎn)計劃進行凍結(jié)，被凍結(jié)的生產(chǎn)計劃將被置為狀態(tài)“已凍結(jié)”，同時將無法執(zhí)行除解除凍結(jié)外的操作。

針對處于“已凍結(jié)”狀態(tài)的生產(chǎn)計劃，系統(tǒng)可以進行解除凍結(jié)操作，在解除凍結(jié)后生產(chǎn)訂單的狀態(tài)將被置回未凍結(jié)前狀態(tài)。

2.6? 智能調(diào)度

存儲區(qū)采用智能化排產(chǎn)調(diào)度算法，邏輯程序能嵌入到PLC控制器中，通過服務(wù)器和PLC結(jié)合控制排產(chǎn)調(diào)度， 提高系統(tǒng)的冗余能力，避免網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器出錯導致的停產(chǎn)。用戶可以自主切換規(guī)則，能根據(jù)顏色、車型、順序號和滯留時間等條件排序，柔性化生產(chǎn)。

3? 車輛跟蹤與智能路由控制

在每一輛車上裝有超高頻識別標簽，通過現(xiàn)場的超高頻讀寫器識別車身的最新位置，通過讀取的超高頻標簽ID向系統(tǒng)請求車輛的相關(guān)信息。獲取車輛的相關(guān)信息后，輸送線PLC將獲取的車輛信息下發(fā)給受控設(shè)備，進行自動作業(yè)、自動路由控制。

系統(tǒng)擁有自動分配路線的特性，能夠快速尋找并確定車輛的位置，尤其是滯留以及訂單車。工作人員能實時獲得車間生產(chǎn)信息，并能作出必要的生產(chǎn)調(diào)節(jié)。

3.1? 車輛跟蹤

根據(jù)車輛過點信息、拖入拖出點的補錄信息，生成車輛在線隊列，可以查詢出車輛具體在哪一個滾床、哪一個工位。

通過射頻識別掃描讀寫，或者提供界面供用戶在指定工位手工輸入車輛標識號（例如：車輛VIN號或者車身號）執(zhí)行產(chǎn)品拉入/拉出操作，保證系統(tǒng)的完整性。

3.2? 滯留車輛報警及控制

可以設(shè)定正常停留時間，并判斷車輛是否在某個車間/區(qū)域內(nèi)逗留過長，并在發(fā)現(xiàn)車輛超出設(shè)定停留時間后發(fā)出警報。在儲存區(qū)，系統(tǒng)將優(yōu)先處理已超時的車輛。

3.3? 車輛路由

滑撬自動清洗：當滑撬達到設(shè)定的噴漆次數(shù)后，自動流向滑撬清洗間，無需人工干預(yù)。

存儲區(qū)車輛調(diào)度：按多種規(guī)則智能控制出車和進車，系統(tǒng)為每一輛車輛在進出所有存儲區(qū)（PBS、WBS、顏色編組區(qū)等）時計算好應(yīng)走的路徑并發(fā)送給機運系統(tǒng)，機運根據(jù)智能管控平臺的調(diào)度指示將車輛交接到出入口。在出口路由計算時會考慮每條存儲道車身所在的位置，避免出口等待時間過久，影響節(jié)拍。

3.4? 車輛鎖定

在一些特殊的場景下，例如某種特定的小顏色無法制造或者某種配件缺少時，將會用到車輛鎖定。操作者可以在界面上輸入鎖定的信息，系統(tǒng)將會自動執(zhí)行命令，并在流水線上進行鎖定操作，確保不會進入下一道工序。

4? 車身品質(zhì)管理和全生命周期管理

記錄車輛生產(chǎn)過程中的所有數(shù)據(jù)，與車輛識別碼實時綁定，用于整車質(zhì)量原因分析、預(yù)測和產(chǎn)品召回。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

4.1? 車身品質(zhì)管理

品質(zhì)管理站點配備了品質(zhì)PC系統(tǒng)，允許用戶通過PC或手機端查詢每個車輛的質(zhì)量狀況。在關(guān)鍵工段設(shè)置品質(zhì)顯示屏，當工藝參數(shù)不滿足要求時發(fā)出質(zhì)量預(yù)警，有效干預(yù)質(zhì)量問題，提高合格率和整車品質(zhì)。系統(tǒng)將所有的質(zhì)量信息永久性地保存在數(shù)據(jù)庫中，以便為車輛的長期質(zhì)量追蹤提供參考數(shù)據(jù)。

利用機器人檢測技術(shù)和自動檢測設(shè)備，自動檢測車身缺陷，有效實現(xiàn)無人化、少人化。

返修有2種方式，一種是在線上進行，一種是在線下進行。對于能夠在線上完成返修的車輛，無需將其下線，只需在規(guī)定的工作位置完成返修，并記錄返修結(jié)果。對于無法在線上返修的車輛，車輛需要在離線點下線，并將其運送到規(guī)定的返修區(qū)進行線下返修。在線下的返修區(qū)內(nèi)，可以通過客戶端顯示質(zhì)量問題，以提示工作人員進行的返修任務(wù)。返修合格，車輛就可以在設(shè)定的上線點重新上線。

車輛返修完成后，由檢查員對車輛缺陷進行最終確認，確認車輛無問題后才可以流入下道工序。

系統(tǒng)通過射頻識別自動獲取車輛識別碼或生產(chǎn)編號獲取車輛信息，加載出該車輛的缺陷信息及返修處理信息，根據(jù)缺陷信息及返修處理信息進行車輛檢查，如果有問題則駁回并通知返修人員重新處理，如果無問題則進行確認通過。

在檢測出質(zhì)量問題的情況下，系統(tǒng)會啟動質(zhì)量鎖定功能，這些車輛無法進行后續(xù)的工藝操作，只有在這些質(zhì)量問題被解決之后，車輛才能進入下一步的生產(chǎn)流程。當啟動質(zhì)量鎖定功能時，相應(yīng)的工位會發(fā)出質(zhì)量鎖車警告信息。

在系統(tǒng)中設(shè)立特定的報警規(guī)則，這些規(guī)則可以根據(jù)質(zhì)量缺陷的種類、級別和頻次設(shè)定。一旦達到預(yù)設(shè)的次數(shù)和等級，系統(tǒng)將自動觸發(fā)警報并自動通知相關(guān)管理人員。

4.2? 車輛全生命周期管理和預(yù)測

通過多種數(shù)據(jù)接口，獲取每輛車的生產(chǎn)過程信息。

操作環(huán)境：車間的濕度、溫度、顆粒度等。

工件條件：噴漆前車身表面溫度等。

設(shè)備要求：焊接信息，例如電流、電壓等；機器人的詳細信息，比如旋杯的轉(zhuǎn)速、漆霧的排放量、裝配的擰緊信息等。

人力條件：當前生產(chǎn)班次及人力信息。

檢測線數(shù)據(jù)采集：在檢查線對車輛進行四輪定位、燈光、側(cè)滑、轉(zhuǎn)向角、速度表和制動等項目檢測，并將檢測信息與車輛識別碼綁定存入系統(tǒng)。

5? 設(shè)備管理與專家?guī)?/p>

設(shè)備管理主要解決以下2個問題。

管理效率低下：采用信息化手段解決設(shè)備難定期安排保養(yǎng)、報修流程慢、維修不及時等管理效率低下的問題。

信息不透明：傳統(tǒng)設(shè)備管理中，設(shè)備信息往往分散在各個部門和人員手中，從而導致數(shù)據(jù)碎片化。

主要的實現(xiàn)方式如下：

一物一碼，一臺手機就能查看最新檔案；設(shè)備檔案管理、報修、巡檢、保養(yǎng)，全流程覆蓋，隨時監(jiān)控；高效點檢，自定義提醒功能，確保工作有效執(zhí)行，不被遺忘。

可以在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定保養(yǎng)規(guī)則，系統(tǒng)自動生成保養(yǎng)任務(wù)提醒，一旦條件符合，便會觸發(fā)提醒并生成服務(wù)工單，派工給服務(wù)人員，極大地提升服務(wù)主動性和執(zhí)行效率。

通過自動采集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備進行預(yù)測性維護，在設(shè)備出現(xiàn)故障之前進行提示，維修人員能在第一時間進行維修，提高設(shè)備利用效率。

對備件、耗材、夾具和載具等進行全流程規(guī)范化管理，對備品備件從采購、入庫、領(lǐng)用和退換等環(huán)節(jié)進行精細化管理。

與企業(yè)的其他系統(tǒng)無縫集成，通過多種數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和共享，避免因系統(tǒng)不兼容造成信息孤島，提高了工作效率。

6? 生產(chǎn)過程和工藝管控

6.1? 智能防錯

過程管控模塊實現(xiàn)作業(yè)防錯、作業(yè)指導等方面的生產(chǎn)過程管控，以實現(xiàn)生產(chǎn)流程的高效、透明化管理。

在車間設(shè)置作業(yè)指示屏，顯示對應(yīng)工位的作業(yè)指示和指導信息。系統(tǒng)根據(jù)超高頻識別實時到達的車輛信息，獲得當前車輛的作業(yè)指示，現(xiàn)場人員根據(jù)指示進行操作。

作業(yè)指示顯示現(xiàn)場作業(yè)指導的條件及參數(shù)，更新各個生產(chǎn)指示屏上的當前隊列：待生產(chǎn)、當前生產(chǎn)，生產(chǎn)指示屏實時更新信息。

系統(tǒng)能自動收集車身數(shù)據(jù)和車輛裝配信息，然后進行比對，以確認是否存在裝配錯誤。

系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)參數(shù)給線邊擰緊、加注等成套設(shè)備，實現(xiàn)自動防錯控制，成套設(shè)備上傳擰緊、加注的結(jié)果和數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會判斷是否符合要求。

特定站點的過車信息將通過超高頻識別進行上傳，系統(tǒng)會自動檢測這些工藝路徑是否符合預(yù)設(shè)的信息，若相符則給予通過，反之則將觸發(fā)工藝路徑不匹配的警報并暫停生產(chǎn)線。

6.2? 生產(chǎn)過程管控

生產(chǎn)過程監(jiān)控通過對車間設(shè)備運行狀態(tài)、工藝參數(shù)、設(shè)備故障和報警等數(shù)據(jù)的監(jiān)視，幫助操作人員和維修人員及時找出設(shè)備的問題，達到快速解決問題的目的。

在生產(chǎn)流程中，實時監(jiān)控并收集每臺控制器的信息（如警報消息、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)及其他類似的數(shù)據(jù)），同時，自動記錄每臺設(shè)備在各個工作班次的故障頻率和持續(xù)時間，為維護團隊提供防預(yù)性和預(yù)見性維修計劃，提高設(shè)備運行的效率。

7? 能源智能管控

精細化管理能源是一個提升經(jīng)濟收益的重要策略，有效地運用能源計量對于節(jié)約能源和降低消耗可以起到積極的作用。透過檢測和分析能源使用數(shù)據(jù)，能找尋到浪費能源的根源，并依此進行調(diào)整以減少浪費。這有助于提升能源效率，降低支出。同時，也利于達成節(jié)能減排的目標。

通過對設(shè)備、生產(chǎn)排程、質(zhì)量及過程參數(shù)進行深度分析后，能優(yōu)化相關(guān)策略，以實現(xiàn)節(jié)能目標。

能源數(shù)據(jù)采集和分析，利用智能化分析技術(shù)減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時間，能有效節(jié)約能耗。按照人為經(jīng)驗對設(shè)備進行開機及關(guān)機，經(jīng)常會開機過早（開機后很長一段時間才生產(chǎn)）或者關(guān)機太晚（生產(chǎn)結(jié)束后一段時間才關(guān)機），造成不必要的能源浪費。采用智能化技術(shù)來實現(xiàn)更精準的設(shè)備開機及關(guān)機，可以在一定程度上降低能源消耗。

主要功能：找出低效率的設(shè)備、找出能源消耗異常的設(shè)備、優(yōu)化用能方案。

8? 智能數(shù)據(jù)分析

利用數(shù)據(jù)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程中的不足，為相關(guān)管理人員快速提供改進提示。

系統(tǒng)全面采集和分析工廠的生產(chǎn)信息、物料信息、物流信息、設(shè)備信息和質(zhì)量信息，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析。

能耗數(shù)據(jù)分析：比較不同階段的耗水量，還可以比較當前消耗數(shù)據(jù)、歷史消耗數(shù)據(jù)或預(yù)設(shè)標稱。

品質(zhì)數(shù)據(jù)分析：通過特定算法分析車輛缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷背后關(guān)聯(lián)的工藝、設(shè)備、物料規(guī)律性，由什么原因引起，哪個環(huán)節(jié)的問題，有效提升產(chǎn)品品質(zhì)及合格率。

設(shè)備分析：通過自動采集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，預(yù)測哪些設(shè)備近期可能有故障發(fā)生，提前預(yù)警，告知維修人員提前準備，有效預(yù)防和減少了設(shè)備故障導致的停線時間。

瓶頸分析：智能化裝備結(jié)合智能化算法，能分析現(xiàn)有設(shè)備、人員等數(shù)據(jù)，得出生產(chǎn)的瓶頸在哪，尋找產(chǎn)能提升的空間，對產(chǎn)能部署提供數(shù)據(jù)支撐。

離線車分析：針對處在離線區(qū)域的車體的車型數(shù)量、顏色數(shù)量進行統(tǒng)計分析，得出哪種車型、哪種顏色在哪個工段離線比例較高。

智能盤點：整個車間有哪些車、每個工段有哪些車，以前通過人工盤點，現(xiàn)在通過智能識別系統(tǒng)結(jié)合智能算法，實現(xiàn)了自動盤點，生成多種報告，減少了人工工作量。

9? 結(jié)束語

系統(tǒng)利用了先進的智能化技術(shù)整合了生產(chǎn)、物流、設(shè)備和品質(zhì)等數(shù)據(jù)和應(yīng)用，貫穿了計劃、生產(chǎn)、檢測等每個環(huán)節(jié)，有效實現(xiàn)了零庫存生產(chǎn)，縮短了企業(yè)資金的運轉(zhuǎn)周期，同時削減了成本、提高了整車品質(zhì)。

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